Geavanceerde DC-Motor Snelheidsregeling: Spanning, Reostatisch & Flux Technieken

Snelheidsregelmethoden voor DC-Motoren – Spanning, Reostatisch & Flux Regeling van Serie & Shunt DC-Motoren

Een DC-motor zet gelijkstroom (DC) elektrische vermogen om in mechanisch vermogen op basis van krachten in magnetische velden. De uitgang is mechanisch vermogen: draaisnelheid (toeren) van de as.

Afhankelijk van de toepassing moet de snelheid veranderbaar zijn. Deze bewuste snelheidsverandering heet snelheidsregeling.

Snelheidsregeling verschilt van snelheidsregulatie: regulatie houdt de snelheid constant bij wisselende belasting.

EMK-vergelijking van een DC-Motor

E_b = PΦNZ / 60A

• P = Aantal polen
• Φ = Flux per pool
• N = Snelheid (rpm)
• Z = Aantal geleiders
• A = Aantal parallelle paden

Na ontwerp zijn P, Z, A constant. Dus: E_b ∝ ΦN of E_b = kΦN (k = constant).

Ook geldt: E_b = V – I_aR_a (V = voedingsspanning, I_a = ankerstroom, R_a = ankerweerstand).

Combineren: kΦN = V – I_aR_a → N = (V – I_aR_a) / kΦ

Snelheid hangt af van: Voedingsspanning (V), Flux (Φ), Ankerweerstand (R_a).

Dus snelheid te regelen door:

• Klemspanning "V" → Toegepaste Spanningsregeling
• Externe weerstand in serie met R_a → Reostatische Regeling
• Flux per pool Φ → Fluxregeling

Spanning en ankerweerstand behoren tot ankerkring; flux tot veldkring.

Classificatie:

• Ankerregelmethoden
• Veldregelmethoden

Snelheidsregeling van DC-Seriemotor

Zowel anker- als veldregeling toepasbaar.

Ankerweerstandsregeling (Serie)

Variabele weerstand (reostat) in serie met ankerweerstand. Schema: [afbeelding Fig-1].

Bij seriemotor: anker- en veldwinding in serie → ankerstroom = veldstroom.

Verhogen externe weerstand → spanning over anker en stroom dalen → snelheid daalt.

Snelheid kan alleen dalen ten opzichte van basisniveau (zonder externe weerstand). Niet stijgen.

Externe weerstand draagt volledige belastingstroom → moet continu belastingstroom kunnen voeren.

Snelheid-stroom karakteristiek: [Fig-2].

Ankerspanningsregeling (Serie)

Snelheid evenredig met voedingsspanning. Afzonderlijke variabele bron nodig. Duur → zelden gebruikt.

Veldregeling (Serie)

Veldstroom evenredig met flux. Snelheid regelen via veldstroom. Twee manieren:

• Veldafleider (Field Diverter)
• Getapte Veldwinding (Tapped Field)

Veldafleider Regeling

Serie veldwinding parallel met afleider (variabele weerstand). Deel van veldstroom loopt via afleider.

Flux omgekeerd evenredig met snelheid. Lagere afleiderweerstand → minder veldstroom → minder flux → hogere snelheid.

Snelheid kan stijgen boven normaal. Schema: [Fig-3].

Getapte Veldwinding

Taps op veldwinding om aantal windingen te kiezen. Meer windingen → meer veldstroom → lagere snelheid. Minder windingen → minder veldstroom → hogere snelheid.

Gebruikt in elektrische tractie. Schema: [Fig-4].

Snelheidsregeling van DC-Shuntmotor

Methoden vergelijkbaar met seriemotor.

Ankerweerstandsregeling (Shunt)

Externe weerstand in ankerkring. Veldwinding direct op voeding → veldstroom en flux constant.

Externe weerstand verhogen → ankerstroom dalen → snelheid daalt.

Alleen regeling onder normaal. Schema: [Fig-5]. Karakteristiek: [Fig-6].

Veldregeling (Shunt)

Variabele weerstand (Veldregelaar) in serie met shunt-veldwinding. Schema: [Fig-7].

Weerstand verhogen → veldstroom dalen → flux dalen → snelheid stijgt (omgekeerd evenredig).

Alleen regeling boven normaal. Karakteristiek: [Fig-8].

Ankerspanningsregeling (Shunt) – Ward-Leonard Meth

Veldwinding constante voeding. Anker via aparte variabele DC-bron. Ook wel Ward-Leonard methode. Schema: [Fig-9].

Generator G voedt motor M1. Shunt veld G op DC. G gedreven door constante motor M2. Veldregelaar over G regelt opwekking. Uitgangsspanning G → snelheid M1. Omkeerschakelaar RS keert veldopwekking → omkeert spanning → omkeert rotatie M1. Snelheid regelen in beide rotatierichtingen.

Voor- en Nadelen Ward-Leonard

Voordelen: wijd bereik, zeer soepel, goede regulatie, uniforme versnelling, ingebouwde remming, eenvoudig omkeren.

Nadelen: twee extra machines (motor-generator set) → hoge kosten, meer geluid, frequente onderhoud, meer ruimte, lage rendement bij lichte belasting.

Toepassingen Ward-Leonard

Kranen, baggers, liften, mijnheiswerk, papiermachines, staalwalzers – overal waar wijd snelheidsbereik en gevoelige regeling nodig is.